热管式冷却器制造技术

改进了一种具有多支热管的冷却器，当环境温度很低时可降低所选择的热管的冷凝能力，使冷却器自热管内的工质已冻结的状态下易于启动。该冷却器有一块高导热系数的板块，作为热管蒸发段的热管的一端埋置于其内。热辐射翅片连接到暴露在板块外的热管部分，故热管的暴露部分用作相应的热管的冷凝段。有两类热辐射翅片：第一类翅片连接到所有的热管，而第二类翅片只连接到所选择的热管。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于冷却，例如，半导体器件的热管式冷却器。通常，冷却半导体或类似的器件的热管式冷却器使用多支热管。图36示出了这类冷却器的基本部分。因为每支热管1的传热能力是有限的，故这种冷却器的结构是这样，多支热管与一公共的具有优良导热性的板块联接，并紧贴被冷却的半导体器件。当这类冷却器充的水作为工质，这种工质当温度降到0℃以下时会冻结。冻结了的热介质的冷却器不能实现所期望的功能即它不允许半导体器件被加到超过最高允许的温度，即100℃或更高些。未经审查的日本专利NO.2—229455公开了一种热管式冷却器，其中多支热管分成两组，管中充装不同类型的传热介质。例如，第一组充装氟里昂R—113作为工质，而另一组充装纯水。氟里昂R—113即使温度降到0℃以下不会冻结，因而提供了在低温下的优异的启动特性，和在常温下稳定运行时的优异性能。而，从全球环境保护的角度，不推荐使用氟里昂类的传热介质。用于冷却，例如，半导体器件的一种热管式冷却器假设为夏季，即最高环境温度为40℃左右，使用而设计的即半导体温度要维持在不超过预定的标准温度，即100℃。当在冬季打算使用冷却器时，而当在冬季亦使用同类型的冷却器时，工质有可能冻结，取决于其类型。例如，用水作工质的热管式冷却器，当环境温度低到-30℃时，就不能很好地启动，因为水在该温度下冻结了。当半导体器件开始工作，就会发热，但是要在固态的水，即冰，融化之后，热量才开始传递出去。若在冷凝段的热耗散能力在该空气温度下是很大的话，工质在冷凝段内再次冻结，其后果是工质不再回到蒸发段。于是，热管式冷却器由于缺少液体而不再运行，使半导体器件过热到超过最高的允许温度。因此，该已知的热管式冷却器不能发挥作用，因为它由于工质的冻结而不能启动。为了使热管式冷却器在温度不高于工质的冻结温度下启动，就必须降低热管冷凝段的热耗散效应。本专利技术的目的是，提供一种热管式冷却器1在例如冬季，其冷凝段的冷凝能力降低，使热管即使自工质的冻结态也能平稳启动，以保证大的传热能力。为了这个目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种热管式冷却器，包含多支热管；和由有高的导热系数的材料制成的板块，被冷却物与该板块连接，每支热管有一端埋置于板块内；热管自板块外露的部分备有热辐射翅片作为热耗散元件以构成热管的冷凝段，在那里，改进点包括，具有热耗散元件的热管分为至少两组，不同的组有不同的热耗散能力。不同的热耗散能力可由设计不同的热管组、其连带的翅片有不同的总传热面积来实现。不同的热耗散能力可以由设计不同热管组有不同的长度来实现。在这种情况下，有较长长度的热管，其辐射翅片具有较大的面积。可使用两种不同型式的热辐射翅片第一类翅片是连接在冷却器的所有的热管上，而第二类翅片是仅连接在被选择的热管上。不同的热耗散能力还可以由布置这两类翅片来实现，即有两类热辐射翅片，每个翅片有多个被热管穿过的孔，所定的翅片尺寸可容纳所有的热管，在那里，两种类型的翅片中的一种，其与所选热管相对应的孔其内径要扩大到大于热管的外径。热管式冷却器在翅片径向外伸的区域内有隔断以阻止空气流入在翅片间的空隙内。热管式冷却器可以这样布置，即热辐射翅片均独立地连接在每支热管上，在那里的不同组的热管有不同数量的连接在它上面的翅片，故不同组的热管有不同的热耗散能力。热管式冷却器可以这样布置，即热辐射翅片均独立地连接在每支热管上，在那里连接不同组的热管上的热辐射翅片是由不同材料制成。本专利技术的热管式冷却器可以这样建造，即不同组的热管由不同材料制成。本专利技术的热管式冷却器可以这样布置，即不同组的热管有不同的内表面构造。在这种情况下，可以这样安排即，每支第一组的热管有在长度方向伸展的槽的内表面，而每支第二组的热管具有光滑的内表面。本专利技术的热管式冷却器可以这样建造，即热管分成至少两组，每组热管充以不同量的工质。在热管组中的一组热管的冷凝段内表面上可涂以斥水材料的涂层。本专利技术的热管式冷却器可以这样建造，即不同组的热辐射翅片由不同材料制成，其中的一种材料是一种形状记忆合金。至少有一组的热管可以，除工质外，含有不可压缩性气体。热管式冷却器还包含至少一个置于两相邻热辐射翅片间的元件，该元件在热管的长度方向上具有比热辐射翅片大的截面并具有高的导热系数，故可促进不同热管间的传热。上述具有高的导热系数的插件可以是一叠多片热辐射翅片一片片地紧密层叠而成。具有高的导热系数的该元件还可用作连接热管端的加强件。本专利技术的热管式冷却器可以这样建造，即具有高的导热系数的该元件可以用作连接冷却器的固定支架的一部分。本专利技术的热管式冷却器还可包含一个连接在热管冷凝段上的发热元件。本专利技术的热管式冷却器还可包含一个装置，当环境温度或热管温度下降到低于预定的温度时，该装置激发发热元件。本专利技术的热管式冷却器可包含一个冷却风扇，该风扇将空气吹入相邻热辐射翅片间的空隙内以冷却热辐射翅片，和一个当环境温度或热管温度低于预定温度时，控制冷却风扇运行的控制器。本专利技术的热管式冷却器还可包含一个挡板以形成对空气流入相邻热辐射翅片间的间隙中的障碍。在这种情况下，可用轮流置换挡板的位置的办法，使当环境温度或热管温度下降到低于预定温度时，挡板对进入相邻热辐射翅间的空隙的气流形成障碍。挡板可以附着在冷却器的外壳上。热管可以是弯曲的，故热辐射翅片可在垂直方向伸展。被冷却物可以是一个IGBT的组件或可控硅开关(GTO)。热管式冷却器还可适用于冷却机动车，如铁路机车的控制系统。按照本专利技术，由于上面列出的特征，构成冷却器的一部分的热管的热耗散能力可对环境温度和发热率最佳地设置，故注入热管冷凝段的工质可以凝结而不会被冷却到冻结温度，于是可使热管式冷却器能平稳地启动，并在启动后很快地进入稳定状态。当作为冷源的环境温度是低时，不需要冷却器的所有的热管投入冷却运行。此外，为了获得冷却器的所要求的性能而又不引起工质的冻结，以这样方式设计冷却器是有效的，即从冷却器的热管中选出适量的热管，将它们设计成比其它热管具有较小的热耗散能力。这种设计可使冷却器能在一较宽的温度范围内运行。按照本专利技术，冷却器可以设计成当环境温度降低时其热耗散能力也降低。这类设计可使冷却器能在一较宽的温度范围内有效地运行。此外，按照本专利技术，该设计可以是这样的，即所选的热管的热耗散能力是可变的，并对一些变量，如环境温度或热负荷，亦即来自被冷却对象所产生的热，有最佳的关系，并使用比辐射翅片有更大传热能力的元件作为相邻热管的联接件。按照这种安排，万一具有较大热耗散能力的热管由于传热介质的冻结而启动失败，这类热管可从其它热管传出的热安全地重新启动，故可为降低被冷却对象的温度而安全地投入运行。按照本专利技术，其布置可以是这样的，即在每支热管的冷凝段处备有一发热元件，该元件的发热率是这样受控的，当在冷凝段或环境温度变低时，发热率增加，由此防止了由于热管内工质的冻结而使热管运行失败。下面参照附图对本专利技术实施例作一详细描述附图说明图1是本专利技术的冷却器的一个实施例的透视图；图2是热管式冷却器的一个剖面图，表示冷却器的热管内部的工作流体的状况；图3是热管式冷却器的瞬态特性曲线；图4是热管式冷却器的一个剖面图，亦表示冷却器的热管内部的工作流体的状况；图5是热管式冷却器的瞬态特性曲线；图6是冷却器的另一个实施例的透视本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热管式冷却器包含：多支热管；一块由高导热系数的材料制成的并与被冷却对象连接的板块；每支所述的热管有一端埋置在所述板块中；所述的热管暴露在所述的板块外的部分备有热辐射翅片作为热耗散元件，从而构成所述热管的冷凝段，在那里所作的改进包括，具有所述的热耗散元件的热管至少分成两组，不同组的热管具有不同的热耗散能力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：铃木敦，桑原平吉，藤冈和正，斋藤秀治，铃木信男，井坂功一，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，日立电线株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]